PLANTAS TRANSGÉNICAS Ha sido sido prácti práctica ca habitu habitual al los cruzam cruzamien ientos tos entre entre indii indiiduo duoss de la misma misma especi especie e o especies especies pr!"imas pr!"imas hasta obtener obtener indiidu indiiduos os h#bridos h#bridos portador portadores es de la caracter# caracter#stica stica deseada$ La In%enier#a %en&tica permite el acceso ' manipulaci!n directa de los %enes rompiendo las barreras impuestas por la dier%encia %en&tica$ (sta tecnolo%#a nos permite no s!lo introducir en una planta %enes procedentes de otras especies e%etales sino tambi&n de animales ' microor%anismos$ microor%anismos$ )e esta manera se obtienen plantas trans%&nicas* es decir* portadoras de un %en a+eno o e"!%eno ,ue se denomina trans%&n$ Incremento de la productiidad al prote%er los cultios contra• • • • • •
• •
• •
Pla%as$ (n.ermedades$ Herbicidas /tolerancia a los herbicidas para eliminar las malas hierbas0$ Se,u#as$ Salinidad eleada del suelo$ Re%en e%ener erac aci! i!n n de suel suelos os co cont ntam amin inad ados os por por metal etales es pesad esados os co con n plan planta tass trans%&nicas tolerantes a concentraciones concentraciones eleadas de estos elementos$ Producci!n Producci!n de medicamentos$ medicamentos$ (n 1223 se inesti%aba la producci!n producci!n de anticuerpos monoclonales* acunas ' otras prote#nas terap&uticas en plantas trans%&nicas de ma#z ' so+a$ Retra etraso so de la ma madu dura raci ci!n !n de los los .rut .rutos os para para cons conse% e%ui uirr dila dilata tarr el tiem tiempo po de almacenamiento$
¿QUÉ SON TRANSGÉNICOS? GENERALIDADES
Los trans%&nicos son or%anismos a los cuales se han introducido uno o más %enes proe proeni nient entes es de otra otra especi especie$ e$ Las Las planta plantass trans% trans%&ni &nicas cas poseen poseen %enes %enes de todas todas las procedencias- de otras plantas* de animales* de bacterias* de irus ' de hon%os* ' muchas eces poseen combinaciones de ellos* 'a ,ue se necesitan armar comple+os sistemas moleculares para %arantizar la e"presi!n de los %enes .oráneos$ (l desa desarr rrol ollo lo de la in%e in%eni nier er#a #a %en& %en&ti tica ca /tam /tambi bi&n &n llam llamad ada a me meto todo dolo lo%# %#a a del del A)N A)N recombinante0 .ue posible %racias al descubrimiento de las enzimas de restricci!n ' de los plásmidos$ 10 Las enzimas de restricción reconocen secuencias determinadas en el A)N$ )e esta manera* conociendo la secuencia de un .ra%mento de A)N es posible aislarlo del %enoma ori%inal para insertarlo en otra mol&cula de A)N$ Ha' muchas enzimas de restricci!n obteni obtenidas das a partir partir de bacter bacterias ias ' ,ue ,ue sire siren n como como herram herramien ientas tas para para la in%eni in%enier# er#a a %en&tica Las enzimas de restricci!n /4i% 10 reconocen secuencias de 5* 6 o más bases ' cortan %enera %enerando ndo e"tre e"tremos mos romos romos o e"tr e"tremo emoss cohesi cohesios os$$ (stos (stos e"tr e"tremo emos* s* %enera %enerado doss en di.erentes mol&culas de A)N* pueden sellarse con la enzima A)N li%asa ' %enerar as# una mol&cula de A)N nuea* denominada recombinante /4i% 70$
A)N recombinante$
Figura 2: Construcci!n de una mol&cula de
1 Los
plásmidos son mol&culas de A)N circulares* ori%inalmente aisladas de bacterias '
,ue pueden e"traerse de las mismas e incorporarse a otras* a tra&s del proceso de trans.ormaci!n$ Los plásmidos .ueron modi8cados por los inesti%adores para ser empleados como 9ectores:$ As#* el %en de inter&s puede insertarse en el plásmido;ector e incorporarse a una nuea c&lula$ Figura 3:
(l plásmido recombinante puede aislarse de estas colonias ' trans.erirse a otras c&lulas$ Por esta metodolo%#a es posible introducir %enes de inter&s en todo tipo de c&lulas* empleando los ectores ' las t&cnicas propias de cada sistema$ Podemos entonces %eneralizar los pasos de la in%enier#a %en&tica de la si%uiente manera•
Identi8car un carácter deseable en el or%anismo de ori%en$
• •
(ncontrar el %en responsable del carácter deseado /%en de inter&s0$ Combinar dicho %en con otros elementos necesarios /ector0 para ,ue &ste sea .uncional en el or%anismo receptor$
•
•
Trans.erir el %en de inter&s* preiamente introducido en el ector adecuado* al or%anismo receptor$ Crecer ' reproducir el or%anismo receptor* ahora modi8cado %en&ticamente$
1. PROCEDIMIENTOS PR L O!TENCI"N DE PLNTS TRNS#$NICS 3.1. #ENERLIDDES Principalmente se emplean tres m&todos para introducir %enes a+enos en una planta$ Todos estos m&todos obtuieron por primera ez* con más o menos &"ito* plantas trans%&nicas en la d&cada de los ochenta ' muchas de ellas se comercializaron en los noenta$ a% (l m&todo se basa en &l &mpl&o d& u' (&)*or (i(o ,ue llee el material %en&tico a la c&lula blanco$ ("isten dos .ormas de introducir material %en&tico por esta #a-
10 =ediante (irus %en&ticamente modi8cados /,ue llean los %enes de inter&s en lu%ar de los %enes estructurales0* los cuales insertan su %enoma en el )NA celular para la replicaci!n ' de esta manera se consi%ue la e"presi!n de los %enes .oráneos$ 70 el mecanismo natural de in.ecci!n de la bacteria del suelo Agrobacterium tumefaciens ,ue introduce un %en de su plásmido en las c&lulas de la planta in.ectada$ Recordemos ,ue un plásmido es un .ra%mento de A)N circular ' e"tracromos!mico ,ue suele contener in.ormaci!n no ital para la bacteria ' cu'o tama>o es del orden del 1 al ?@ del cromosoma bacteriano$ (ste %en se inte%ra en el %enoma de la planta proocándole un tumor o a%alla$ Figura +: Resumen del proceso de )NA recombinante para crear plantas trans%&nicas
! tro m&todo empleado para trans.ormar %en&ticamente plantas es el uso de protoplastos, ,ue son c&lulas e%etales a las ,ue se les ha liberado de la pared celular$ )e esta manera ,ueda eliminada la barrera principal para la introducci!n de %enes .oráneos$ c La -iols*i)a es otro m&todo di.undido* consiste en bombardear las c&lulas con part#culas metálicas microsc!picas recubiertas del )NA ,ue se desea introducir$ Si bien esta t&cnica ha dado buenos resultados* tiene un componente aleatorio de e.ecto mu' .uerte
,ue da un amplio mar%en a resultados impredecibles ' un incremento si%ni8catio en la tasa de mutaci!n celular$
2. ESPECIES TRNSFORMDS MEDINTE IN#ENIER/ #EN$TIC Hasta 1223 se hab#an realizado en el mundo* unos ?6B e"perimentos de campo con cultios trans%&nicos ' con resultados positios* de los cuales la ma'or#a corresponden a las especies ,ue se indican en la Tabla 1$ Apro"imadamente la cuarta parte de estos cultios se han realizado con %enes cry$
Esp&)i&s *ra'sg0'i)as Esp&)i&
=a#z Nabo Patata Tomate So+a Al%od!n Tabaco Total
Ep&rim&'*os d& )ampo 4
7D 1D 1 2*B 3*B 6 5*B D?*B
Ta-la 1- (species comerciales más importantes en las ,ue se han conse%uido plantas trans%&nicas ' porcenta+e de e"perimentos de campo$
(n la tabla 7* se realiza una relaci!n de las especies e%etales trans.ormadas por in%enier#a %en&tica hasta el 1222$ Cada a>o* se ha de actualizar* como consecuencia de la %ran cantidad de e"perimentos ,ue se realizan en todo el mundo dedicado a la creaci!n de nueas aplicaciones comerciales$
Nom-r& )om5'
M0*odo d& *ra's6orma)i7'
Nom-r& )om5'
M0*odo d& *ra's6orma)i7'
Elamo Albarico,ue
A%robacterium
Lechu%a Lino =a#z
A%robacterium A%robacterium A%robacterium
Alerce Al.al.a
A%robacterium A%robacterium
Al%od!n
A%robacterium A%robacterium A%robacterium
=anzana =elocot!n =el!n =ostaza Nabo
Apio Arándano Arroz
a de azcar Ciruelo C#tricos Clael Crisantemo (spárra%o 4rambuesa 4resa
(L(CTRPRACI N =ICRIN(CCIN
(L(CTRPRACI N =ICRIN(CCIN A%robacterium
Patata Papa'a Pepino
A%robacterium
A%robacterium A%robacterium
Petunia Rábano
A%robacterium A%robacterium
PLI(TI(NGLICL A%robacterium A%robacterium A%robacterium A%robacterium A%robacterium
Remolacha
A%robacterium A%robacterium
So+a
Tabaco
(L(CTRPRACI N Girasol A%robacterium Tr&bol A%robacterium Guisante A%robacterium Tri%o
3. !ENEFICIOS 8 RIES#OS EN EL DESRROLLO 8 PLICCI"N DEL ME9ORMIENTO DE CLTI;OS POR TRNSFERENCI DE #ENES Las plantas trans%&nicas son un claro e+emplo de ,ue todas las cosas tienen aspectos buenos ' aspectos malos* pero en este caso las caras de la moneda son mu' ariadas ' en al%unos casos puntuales* diametralmente opuestas$ A continuaci!n se presenta un resumen de las principales enta+as ' desenta+as de las plantas trans%&nicas actuales* en este resumen se erá ,ue una misma caracter#stica puede ser tanto una enta+a como una desenta+a* dependiendo el punto de ista ba+o el ,ue se mire$ +.1. !ENEFICIOS DE LS PLNTS TRNS#$NICS Los bene8cios ,ue es%rimen los cient#8cos dedicados a la inesti%aci!n ' desarrollo de las plantas trans%&nicas hacen re.erencia sobretodo a los incrementos en la producci!n de alimentos$ (n un momento en ,ue la poblaci!n mundial ronda los 6 millones de personas ' teniendo en cuenta ,ue si el crecimiento de la poblaci!n contina con el ritmo actual del 7@* la poblaci!n se duplicará de a,u# a unos ?B a>os ' ,ue la super8cie de los suelos a%r#colas disminu'e en un $1@ anual* se e la necesidad de incrementar la producci!n a%r#cola de alimentos$
+.1.1. R&sis*&')ia a i's&)*os. La introducci!n de %enes
.
+.1.3. M&=ora d& la produ)*i(idad > produ))i7' . no de los puntos más importantes en la construcci!n de trans%&nicos es el
aumento de productiidad ' producci!n* es decir* el aumento de calidad ' cantidad del producto 8nal$ no de los desa.#os más %randes del mundo actual es dar de comer a la poblaci!n mundial /,ue se acerca a los D mil millones de habitantes0 con la misma cantidad de tierras productias* ' para ello se necesitan ariedades ,ue den ma'or cantidad de producto$ +.1.?. M&=ora d& la )alidad 'u*ri*i(a.
Al%unas plantas son ricas en ciertos nutrientes esenciales para el hombre* mientras ,ue otras carecen de ellos o los poseen en mu' ba+as cantidades* es por ello ,ue los m&todos de in%enier#a %en&tica han conse%uido incrementar la producci!n de ciertas sustancias en las plantas trans%&nicas$ no de los e+emplos más representatios de ellos es el arroz dorado / golden rice* por su color0 ,ue es rico en itamina A* la cual a'uda a eitar la ce%uera en medio mill!n de ni>os por a>o en el mundo$ +.1.+. Co'*rol d& &'6&rm&dad&s (iral&s. Las en.ermedades irales son causa de p&rdidas masias del cultio cada a>o$ Los %rupos de irus ,ue in.ectan las principales plantas son ariados* los más conocidos son los irus mosaico$ Los irus producen en.ermedades mortales en las plantas ' son capaces de acabar con cultios enteros puesto ,ue el conta%io mediante insectos /u otros ectores0 propa%a rápidamente la en.ermedad ' produce un deterioro permanente de los cultios$ Se han dise>ado plantas trans%&nicas resistentes a di.erentes en.ermedades irales mediante in%enier#a %en&tica$ +.1.@. Tol&ra')ia al &s*r0s am-i&'*al. tro .actor ne%atio sobre los cultios son las condiciones ambientales adersas* ,ue proocan .uertes situaciones de estr&s sobre las plantas disminu'endo su productiidad o matándolas$ Para ello* se han aislado %enes de or%anismos resistentes a determinadas condiciones ambientales e"tremas* como son las eleadas o ba+as temperaturas* condiciones de salinidad e"tremas o de pH ba+o B o sobre 2$ (stos %enes de resistencia a .actores e"tremos normalmente se han tomado de ar,ueobacterias* ,ue son los or%anismos me+or adaptados a estas circunstancias* aun,ue tambi&n se han tomado %enes de animales ' plantas para este e.ecto$ +.1.A. Produ))i7' d& 6ru*os más r&sis*&'*&s.
(l primer trans%&nico ,ue sali! al mercado .ue el tomate M4larOSarM de Cal%ene* el cual posee un %en arti8cial ,ue %enera un RNA de antisentido ,ue inhibe la producci!n de la prote#na responsable de la senescencia del .ruto$ (sta tecnolo%#a permite almacenar ' tener más tiempo de e"posici!n al ambiente de muchos .rutos sin ,ue se ablanden ' se malo%ren$ +.1.B. Produ))i7' d& pla'*as -ior&a)*oras. La posibilidad de inserci!n de %enes en plantas* es tan amplia* ,ue permite actualmente* %enerar nueas plantas ,ue .uncionen como bioreactores para descontaminaci!n ' recicla+e de productos$ +.1.. Fi=a)i7' d& 'i*r7g&'o $ Se han creado plantas trans%&nicas con amplio espectro de asimilaci!n de Rhizobium sp.* una bacteria 8+adora de nitr!%eno$ (stas bacterias normalmente hacen simbiosis solamente con las le%uminosas* pero las nueas tendencias en biotecnolo%#a e%etal han lo%rado ampliar el espectro de hu&sped a otras plantas$ +.1.1. M&=ora )o' 6i'&s or'am&'*al&s. Al%unas plantas de importancia ornamental han sido modi8cadas para me+orar sus caracter#sticas est&ticas* en especial el color de las ores ' de esta manera hacerlas más atractias al consumidor* por medio de la manipulaci!n de pi%mentos se han lo%rado colores de ores ine"istentes en la naturaleza$ +.1.11. Produ))i7' d& 6árma)os > (a)u'as.
La e"presi!n de prote#nas terap&uticas ' de acunas de subunidad han sido un %ran lo%ro de las plantas trans%&nica en el campo de la medicina$ Normalmente las acunas ' muchos .ármacos son di.#ciles de producir ' los costos al consumidor son tan eleados ,ue se hacen inaccesibles a la ma'or#a de la %ente$ (s por ello ,ue la producci!n de acunas actias ' anticuerpos .uncionales en plantas representa una buena alternatia para di.undir el uso de acunas importantes /como la de la hepatitis <0 a un costo mucho menor$